پیشرفتهای امروزی در صنایع شیمیایی و صنایع مشابه بیشتر به سمت افزایش سرعت انجام فرایندها و کاهش مصرف انرژی در طول فرایند معطوف است. یکی از فرایندهای مهم و پرکاربرد در چنین صنایعی ، جداسازی مواد مختلف می باشد. برای انجام فرایندهای صنعتی اغلب باید اجزائ ماده خام اولیه را از هم جدا کرد و محصول به دست امده از این فرایندها نیز نیازمند تفکیک و تخلیص هستند . از طرفی در اکثر صنایع ، آب و هوای مصرف شده در تولید آلوده می گردند ، با در نظر گرفتن ممانعت های محیط زیستی ،لزوم فرایند های جداسازی بیش از پیش مشخص می گردد. روشهای معمول جداسازی نظیر تقطیر و استخراج مایع-مایع انرژی زیادی مصرف کرده و جایگزینی روشهایی با مصرف انرژی کمتر برای این فرایند از فعالیت های مهم دست اندر کاران در این زمینه به شمار می رود. در این راستا غشاها توسعه یافته اند که عملکرد ویژه ی آنها جداسازی گونه های مختلف در حالات مختلف ماده یعنی گاز ، مایع و جامد است .
در زمینه جداسازی گاز که بیشتر به تخلیص گاز هیدروژن برای پیل های سوختی مربوط می شود ، دسته ای از غشاها تحت عنوان غشاهای فلزی توسعه یافته اند . البته در زمینه تصفیه آب آشامیدنی و حذف مواد آلی طبیعی به روش لخته سازی و میکرو*****اسیون نیز از غشاهای فلزی همراه با هوادهی یا تزریق گاز ازون به عنوان یک روش جدید برای حذف آلودگی های آب باران مورد تحقیق قرار گرفته و ثابت شده که غشای فلزی برای کاهش میکروبها و ذرات آلوده کننده از آب باران کافی است. برای حصول غشای فلزی با خواص ویژه و برای اهداف خاص علاوه بر ماده اولیه ، جنس پایه و ویژگی های آن در مورد غشاهای مرکب ، روش ساخت و پوشش دهی نیز اهمیت دارد . تقریبا اکثر روشهای ساخت شامل اجرای شرایط خاص دمایی و فشار و همچنین انجام برخی پیش تیمارها و عملیات اصلاحی ، بر روی پایه یا غشای ساخته شده است. در مورد غشاهای فلزی نیز نظیر پس دهی ، نفوذپذیری ، ظرفیت عبور سیال ، مقاومت شیمیایی ، مقاومت مکانیکی و حرارتی برای انتخاب یک غشا به منظور مصارف مورد نظر قرار می گیرد.
در زمینه جداسازی گاز که بیشتر به تخلیص گاز هیدروژن برای پیل های سوختی مربوط می شود ، دسته ای از غشاها تحت عنوان غشاهای فلزی توسعه یافته اند . البته در زمینه تصفیه آب آشامیدنی و حذف مواد آلی طبیعی به روش لخته سازی و میکرو*****اسیون نیز از غشاهای فلزی همراه با هوادهی یا تزریق گاز ازون به عنوان یک روش جدید برای حذف آلودگی های آب باران مورد تحقیق قرار گرفته و ثابت شده که غشای فلزی برای کاهش میکروبها و ذرات آلوده کننده از آب باران کافی است. برای حصول غشای فلزی با خواص ویژه و برای اهداف خاص علاوه بر ماده اولیه ، جنس پایه و ویژگی های آن در مورد غشاهای مرکب ، روش ساخت و پوشش دهی نیز اهمیت دارد . تقریبا اکثر روشهای ساخت شامل اجرای شرایط خاص دمایی و فشار و همچنین انجام برخی پیش تیمارها و عملیات اصلاحی ، بر روی پایه یا غشای ساخته شده است. در مورد غشاهای فلزی نیز نظیر پس دهی ، نفوذپذیری ، ظرفیت عبور سیال ، مقاومت شیمیایی ، مقاومت مکانیکی و حرارتی برای انتخاب یک غشا به منظور مصارف مورد نظر قرار می گیرد.
غشاهای فلزی:
غشاها در انواع پلیمری ، سرامیکی ، فلزی و مایع در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند . صرف نظر از غشاهای مایع ، غشاها را به دو دسته غشاهای آلی و غیر آلی می توان تقسیم کرد . اولین گروه غشاهای غیر آلی متراکم که در دهه اخیر مورد مطالعه قرار گرفته غشای فلزی است. مطالعات اخیر بر ساخت غشاهای فلزی متراکم مرکب، با ضخامت حدود زیر میکرون تا چند ده میکرون و ویژگی ها و کاربردهای آنها متمرکز شده است . توسعه غشاهای فلزی پایه دار یا مرکب بیشتر به دلیل کاهش هزینه های مواد ، بهبود استحکام مکانیکی و امکان نفوذ بیشتر هیدروژن می باشد . غشاهای مرکب فلزی دارای پایه هایی از جنس فلز ، سرامیک یا پلیمر هستند. البته در اکثر موارد استفاده از فولاد ضد زنگ به عنوان پایه غشای فلزی پیشنهاد شده است. ساخت غشا با این فلز هزینه کمتری داشته ، استحکام مکانیکی بالایی دارد و از لحاظ شیمیایی تا حد زیادی در اکثر فرایندهای صنعتی برای تولید و خالص سازی هیدروژن بی اثر است.
روشهای ساخت غشای فلزی:
برخی از روشهای ساخت به تولید فیلم نازک فلزی با استحکام قابل قبول بدون حضور پایه منجر شده ، بعضی از آنها صرفا برای پوشش دهی یک پایه متخلخل که خود می تواند یک غشای پلیمری یا سرامیکی باشد مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از تعدادی از این روشها بنا به شرایط عمل می توان هر یک از این دو نوع غشا یعنی مرکب و فیلم نازک فلزی را تهیه کرد .
اندازه حفرات و تقارن پایه ، دو فاکتور مهم ساختاری در انتخاب پایه غشاهای مرکب محسوب می شوند . اثر این فاکتورها در عملکرد غشا و تغییرات ان با تغییر نحوه ساخت پایه واضح است. این موضوع بر حداقل ضخامت فیلم فلزی و مقاومت در برابر انتقال جرم کلی آن موثر است . از این رو پایه نامتقارن سرامیکی مقاومت کمتری در برابر شار عبور سیال نسبت به پایه متقارن هم جنس نشان می دهد.
۱. روش ترسیب شیمیایی
۲. ترسیب الکتروشیمیایی
۲. ترسیب الکتروشیمیایی
۳. ترسیب شیمیایی بخار
۴. ترسیب فیزیکی بخار
۵. روش پاشش پودر خیس
۶. غلطک کاری
۷. سخت شدن حرارتی
تعیین مشخصات غشاهای فلزی:
یکی از روشهای بررسی غشاها، بررسی جداسازی انتخابی یونهای فلزی و ترکیبات آنها از جریان های آبی و با استفاده از ویژگی های انتقال سیالات آبی مربوط به فرایند غشایی است.به منظور دست یافتن به این هدف ، تعیین ویژکی ها و مشخصات فیزیکی غشا قبل از تعیین ویژگی های انتقال سیال ضروری به نظر می رسد. ویژگی های فیزیکی مذکور عبارتند از :
توزیع اندازه حفرات و اندازه متوسط آنها
تخلخل غشا
پیچ و خمها یا طول نسبی مسیر نفوذ از مقطع غشا
در زمینه جداسازی سیالات آبی ، انتقال انتخابی مواد حل شده از غشا و مشخصات آن از طریق ضریب نفوذ موثر قابل توضیح است . اگر عبور مواد از غشا به طور محسوسی از از سطح حفرات غشا متاثر نشود ، بر اساس قانون فیک سرعت انتقال یا شار عبوری متناسب با ضریب نفوذ موثر خواهد بود.
در صورت عدم حضور غشا در مسیر عبور محلول ( فقط محلول های رقیق ) ، ضریب نفوذ به عنوان ضریب نفوذ بی نهایت تعریف می شود که در مراجع مختلفی برای مواد مختلف ثبت شده است.
